Seria: TRANSPORT z.29 Nr kol.1358
Grzegorz KAROŃ Jerzy MIKULSKI
ZASTOSOW ANIE INFORMATYKI DO WSPOMAGANIA PRACY DYSPOZYTORA SIECI TRAKCYJNEJ
Streszczenie. Tematem opracowania jest komputerowy system wspomagający pracę dys
pozytora sieci trakcyjnej. Jest on odpowiedzią na zapotrzebowanie na tego typu system ze strony oddziałów zasilania elektroenergetycznego PKP. Duży nacisk położono na zachowanie dotychczasowego wyglądu schematu połączeń sieci trakcyjnej i stosowanych na nim ozna
czeń, co ułatwia analizę elektryczną sieci. Uwzględniono również możliwość zaprogramo
wania systemu dla dowolnego obszaru sieci trakcyjnej, co czyni go uniwersalnym w przypad
ku zmian połączeń sieci.
APPLICATION OF INFORMATICS TO ASSIST THE WORK OF CONTACT LINE DISPATCHER
Summary. The subject o f this paper is the computer system which supports the work of contact line dispatcher. It was designed to fulfil the demand for such a system in Polish Rail.
Emphasis were put on preservation o f the actual shape o f the connection diagram o f contact line and actual symbols, which makes the electrical analysis o f contact line easier. The po
ssibilities o f programming the system for all regions o f contact line were also taken into con
sideration.
1. WSTĘP
Do dyspozytora sieci trakcyjnej napływają w sposób ciągły informacje o sytuacji ruchowej na podległym obszarze sieci trakcyjnej oraz meldunki dotyczące stanu technicznego odłączni
ków i izolacji, jak również meldunki o uprzednio wykonanych odłączeniach i załączeniach fragmentów sieci. W przypadku awarii lub konserwacji urządzeń sieci trakcyjnej dyspozytor, na podstawie analizy połączeń sieci z uwzględnieniem wymienionych wcześniej informacji,
podejmuje decyzje dotyczące zabezpieczenia miejsca pracy ekipy monterów. Praca dyspozy
tora sieci trakcyjnej jest ściśle związana z budow ą sieci trakcyjnej. Sieć jezdna (przewody zawieszone na konstrukcjach wsporczych nad torem) nie tworzy elektrycznie całości, lecz podzielona je st na tzw. sekcje. Podział ten (tzw. sekcjonowanie) umożliwia odłączanie od napięcia poszczególnych odcinków sieci (sekcji) i prowadzenie ruchu pociągów po odcinkach pozostałych pod napięciem. Odłączenia takie wykonywane są najczęściej podczas przeprowa
dzania konserwacji lub ewentualnych napraw elementów sieci trakcyjnej [2],[3],[5].
W zajem ną izolację poszczególnych sekcji zapewniają takie elementy, jak: izolatory sek
cyjne, przerwy powietrzne lub izolowane przęsła naprężenia, natomiast połączenia pomiędzy sekcjami wykonywane są za pom ocą odłączników sekcyjnych. Sekcjonowanie wykonywane jest w taki sposób, aby w obrębie stacji zapewnić możliwość oddzielenia od siebie sieci torów o różnym przeznaczeniu funkcjonalnym. Rysunek 1 przedstawia schemat sekcjonowania sieci jezdnej na przykładowej stacji linii dwutorowej.
Rys. 1. Schemat sekcjonow ania sieci jezdnej na małej stacji Fig. 1. Scheme o f sections o f contact line on the smali railway station
Aby odłączenie wybranego fragmentu sieci od napięcia było wykonane poprawnie, należy:
• załączyć te odłączniki, dzięki którym część sieci m ogąca utracić zasilanie w wyniku odłączania wybranego fragmentu, nie utraci go,
• odłączyć zasilacze zasilające wybrany fragment,
• odłączyć wszystkie odłączniki sekcyjne, poprzez które wybrany fragment łączy się z
• oznaczyć odłączniki, które znajdują się w stanie otwartym i powinny nadal w nim po
zostać,
• oznaczyć tzw. jazdy zabronione, czyli kierunki, z których wjazdy na odłączony frag
ment spowodowałyby przeniesienie pantografem napięcia.
2b
O
s ie c ią ,
Wydaniem dyspozycji umożliwiających wykonanie tych operacji zajmuje się dyspozytor sieci trakcyjnej. Musi brać on pod uwagę bieżący stan techniczny i elektryczny sekcji położo
nych w pobliżu fragmentu wybranego do odłączania lub załączania. Nie jest to zadanie proste, gdyż w przypadku gęstych i rozległych sieci trakcyjnych w ciągu jednego dnia może odbywać się kilka odłączeń jednocześnie. Dodatkowo bardzo duża złożoność połączeń sieci oraz częste wykonywanie odłączeń pow odują że analiza rozbudowanego schematu sieci jest uciążliwa i męcząca, a co za tym idzie - rośnie prawdopodobieństwo wystąpienia pomyłek. Pomyłki te m ogą być tragiczne w skutkach, zważywszy fakt, iż napięcie panujące pomiędzy przewodem jezdnym a torem kolejowym i przyłączonymi do niego elektrycznie (uszynionymi) konstruk
cjami wsporczymi wynosi 3,3 kV [2],[3],[5].
Aby wyeliminować niedogodności związane z pracą dyspozytora oraz zminimalizować możliwości wystąpienia pomyłek opracowany został informatyczny system wspomagający pracę dyspozytora.
2. WYBRANE ELEMENTY TEORII GRAFÓW ZASTOSOWANE W SYSTEMIE
Zasada działania systemu opiera się na teorii grafów. Grafem prostym jest para (V(G), E(G )), gdzie V(G) jest niepustym skończonym zbiorem elementów zwanych wierzchołkami, węzłam i lub punktam i, E(G) jest skończonym zbiorem nieuporządkowanych par różnych (w parach) elementów zbioru V(G), zwanych krawędziam i lub liniami, V(G) jest nazywany zbio
rem wierzchołków, a E(G) zbiorem kraw ędzi grafu G.
Rysunek 2a przedstawia graf prosty G, którego zbiorem wierzchołków V(G) jest {u,v,w,z}, natomiast zbiór krawędzi składa się z par {u,v}, {v,w}, {u,w} i {w ,z}. Symbol vw oznacza, że krawędź {v,w } łączy wierzchołki v i w>[4].
Rys. 2. Przykłady grafów: a) - g raf prosty, b) - graf ogólny
Fig. 2. The examples o f the graphs: a) - simple graph, b) - general graph
G raf G zdefiniowany jako para (V(G),E(G)), gdzie V(G) jest niepustym skończonym zbio
rem elementów, zwanych wierzchołkam i, a E(G) jest skończoną rodziną nieuporządkowanych par (niekoniecznie różnych) elementów zbioru V(G), zwanych krawędziam i, nazywa się gra
fem ogólnym lub po prostu grafem (rys. 2b). V(G) nazywa się zbiorem wierzchołków, a E(G) rodziną kraw ędzi grafu G. Inaczej mówiąc jest to graf, w którym dopuszczalne są p ętle, czyli krawędzie łączące wierzchołki same z sobą oraz krawędzie wielokrotne. N a rys. 2b V(G) jest zbiorem {u, v, w, z}, a E(G) jest rodziną złożoną z krawędzi fv,u}, {v,uj, {v,w}, {u, w}, {u, w}, {z,w }, {z,z}.
D ig r a f D je st zdefiniowany jako para (V(D),A(D)), gdzie V(D) jest skończonym niepustym zbiorem elementów, zwanych wierzchołkam i, zaś A(D) jest skończoną rodziną uporządkowa
nych par elementów zbioru V(D), zwanych lukami lub kraw ędziam i skierowanym i. Łuk, któ
rego pierwszym elementem jest v, a drugim w, nazywany jest lukiem z v do w, co zapisywane jest symbolicznie vw. Zgodnie z tym dwa łuki uw i wu są różne. Porządek łuku wskazywany jest za pom ocą strzałki [4].
Dwa wierzchołki u i w grafu G są sąsiednie, jeżeli istnieje łącząca je krawędź uw. W takim przypadku wierzchołki u i w są incydentne z tą krawędzią. Podobnie dwie różne krawędzie grafu G są sąsiednie, jeżeli m ają przynajmniej jeden wspólny wierzchołek. Stopień w ierzchoł
ka p (v) jest liczbą krawędzi incydentnych z v. Licząc stopień wierzchołka przyjmuje się, że każda pętla liczona je st dwa razy, a nie jeden. Wierzchołek stopnia zero jest wierzchołkiem izolow anym , a wierzchołek stopnia pierwszego - końcowym lub w iszącym [4],
M arszrutą w grafie G nazywa się skończony ciąg krawędzi postaci: vnv/,v/v2,...,vm./vm, oznaczany również przez v0 v t —> v2 —> ... —> vm. Marszruta ma tę własność, że dowolne dwie kolejne krawędzie są albo sąsiednie, albo identyczne. Marszrutę tworzy ciąg wierzchoł
ków Vq, v;, ..., vm, w którym v0 nazywa się wierzchołkiem początkow ym , a v „ - wierzchołkiem końcowym marszruty. Liczbę krawędzi w marszrucie nazywa się jej długością. Marszrutę, w której wszystkie krawędzie są różne, nazywa się łańcuchem', jeżeli ponadto wierzchołki Vq, vh ..., vm są różne ( z w yjątkiem ewentualnie v0 = vm), to łańcuch nazywa się drogą. Łańcuch lub droga s ą zam knięte, gdy v0 = vm.
Korzystając z elementów teorii grafów przedstawionych w rozdziale 2 można stworzyć model sieci trakcyjnej jako grafu nieskierowanego. Niech G oznacza graf (R (G ),P(G )), gdzie R(G) je st niepustym skończonym zbiorem rejonów, a P(G ) jest zbiorem połączeń. R(G) two
rzą rejony r,, r2, ..., rm, czyli najmniejsze, elektrycznie niepodzielne sekcje sieci trakcyjnej,
natomiast elementami P(G ) są połączenia p ,, p 2, p n, typu izolator (izolatory sekcyjne, prze
rwy powietrzne, izolowane przęsła naprężenia) lub odłącznik (odłączniki sekcyjne). Każdy rejon r,- jest wektorem, którego współrzędnymi są cechy opisujące własności elektryczne rejo
nu. Każde połączenie p, jest również wektorem, którego współrzędnymi są cechy opisujące typ połączenia i jego własności elektryczne. Wymiary wektorów /•,- i p , są zależne od tego, ile cech użyto do ich opisu.
Podstawowymi cechami r, są: nr - numer porządkowy, npos - nazwa posterunku, s - skład (numery torów i rozjazdów), nz - nazwa i numer zasilacza zasilającego dany rejon , ez - elek
tryczny stan zasadniczy, ea - elektryczny stan aktualny, kol - kolor wyświetlania na monitorze komputerowym, npr - numery porządkowe rejonów sąsiednich z danym przez połączenie ty
pu izolator, npo - numery porządkowe połączenia incydentnego typu odłącznik.
Podstawowymi cechami p ; są: typ (izolator lub odłącznik), nr - numer porządkowy (dla odłącznika), nrz - numer rzeczywisty (dla odłącznika), ez - elektryczny stan zasadniczy (dla odłącznika), ea - elektryczny stan aktualny (dla odłącznika), n r] - numer porządkowy 1 rejo
nu incydentnego, nr2 - numer porządkowy 2 rejonu incydentnego. Jak łatwo zauważyć, nie
które cechy m ają wartości liczbowe (np. nr - numer porządkowy), a inne to napisy (np. npos - nazwa posterunku) lub zbiory napisów albo zbiory liczb, które zapisane są w postaci macierzy jednowym iarowych (np. s, n p r ). Wszystkie rejony zapisane są w macierzy M R , natomiast połączenia zapisane są w macierzy M P. Tak więc M R \m ]= rm[nr,npos,s,nz,ez,ea,kol,npr,npo\
jest m-tym elementem macierzy rejonów, a M P \n ] =p„[typ,nr,nrz,ez,ea.nrl,nr2 ] jest n-tym elementem macierzy połączeń. Dla schematu sieci pokazanego na rysunku 1 utworzony został graf (rys. 3) oraz macierze: M R i MP.
Elementy macierzy M R oraz M P maj ą następuj ące wartości:
M R [l]= r ,[l,S ta c ja ,s ,204,napięciowy,napięciowy,czerw ony,npr,npo]', s= \t2 a ]; npr=[0]; n- S')
p o = [l]; | M R [2!=r2[2,Stacja,s,201,napięciowy,napięciowy,czerw ony,npr,npo]; ] s = [ tla ,r l\;
npr=[3]; npo~[2\;M R [3J=r3[3,Stacja,s,0,napięciow y,napięciow y,czerw ony,npr,npo]; s= \t2, r2,r4,r8,r9]; npr=[2,4,7]; n p o = [l,3,4]; M R [4]= r4]4,Stacja,s,0,napięciowy,napięciowy, czer
wony,npr,npo]; s= ]t4,t6,r5,r6]; npr=]3]; npo=]3]; M R [5]= rs]5,StacjaA,s,0,napięciowy, na
pięciow y,czerw on y,n pr,n po]; s= [tl,r 3 ,r 7 \; npr=[6\; npo=[2,5,6]; M R [6]= r6]6,StacjaA,s,0, napięciow y,napięciow y,czerw ony,npr,npo]; s=[/3]; npr=]5]; npo=]6]; M R [7]= r7[7,StacjaA, s ,203,napięciow y,napięciow y,czerw ony,npr,npo]; s= ]tlb ,rlO ]; npr=\3\; npo= \5\; MR[8J=
rs ]8,StacjaA,s, 202, napięciowy, napięciowy, czerwony, npr, npo]; s= [t2b]; npr=]0]; npo=[4];
Rys. 3. G raf dla sekcjonow ania z rysunku 1 Fig. 3. Graph o f sections o f contact line from fig.l
M P [ l] = p , [odłącznik, 1,4,zam knięty,zam knięty,0,3]', MP[2J=p2[odlącznik,2,1 .zam knięty,zam k
nięty,2,5]; M P[3J=p3[odłącznik3,108,zamknięty,zamknięty, 3,4]; M P [4]= p4\odłącznik,4,2, za mknięty, zam knięty, 3,8 \\ M P [5 ]-p ¡[o d łą czn ik ,5,3,zam knięty,zam knięty,5, 7]; T M P [6]= ps\o- dłącznik,6,107,zam knięty,zam knięty,5,6]; >3WPf7]=p7[izolator,7,nie j dotyczy,nie i dotyczy,nie d o tyczy]; Mf8J=bp[izolator,nie dotyczy,nie dotyczy,nie dotyczy,3,4]\ M P [9]= p9[izolator,9,nie dotyczy,nie dotyczy,nie d otyczy,3,7]; M P/10J=p,„[izolator, 10,nie dotyczy,nie dotyczy,nie doty
czy, 5,6];
Oprócz omówionych macierzy M R i M P istnieje jeszcze macierz mapy M M , zawierająca graficzne symbole odwzorowujące graf (R(G),P(G)) w mapę sieci trakcyjnej wyświetlaną na ekranie m onitora komputerowego. Dzięki odpowiednim algorytmom mapa wyświetlana jest w takich kolorach, które um ożliwiają rozróżnienie rejonów znajdujących się aktualnie pod napięciem od rejonów pozbawionych napięcia oraz rozróżnienie odłączników otwartych od zamkniętych.
3. SCHEMAT BLOKOW Y SYSTEMU
N a rysunku 4 przedstawiono schemat blokowy systemu, na którym uwzględniono możli
wość fizycznego połączenia systemu z siecią trakcyjną poprzez zastosowanie urządzeń tele
mechaniki i telemetrii.
Rys. 4. Schemat blokow y systemu Fig. 4. Błock diagram o f the system
4. DZIAŁANIE SYSTEMU
Wyznaczenie fragmentu sieci do odłączenia (załączenia) odbywa się przez wyświetlenie mapy na ekranie i wpisanie w odpowiednie miejsce nazwy posterunku (npos) oraz elementów tworzących dany fragment, czyli numeru toru lub numeru rozjazdu (s) (rys. 6). System prze
szukuje M R [m ] ze względu na i i npos w r\nr,npos,s,nz,ez,ea,kol,npr.npo], dzięki czemu identyfikuje wybrane rejony. Następnie system przeszukuje M R i M P w taki sposób, że
„znajduje” odłączniki łączące wybrany rejon (rejony) z siecią i „otwiera” te, które są w stanie zamkniętym (czyli zmienia ea = zam knięty na ea = otw arty w Pj[typ,nr,nrz,ez,ea,nrl,nr2\). W ten sposób g raf G „przygotowany” zostaje do analizy elektrycznej sieci. Polega ona na tym, że system tworzy odpowiednie marszruty. Rejonami początkowymi są rejony sąsiadujące z rejo
nami wybranymi do odłączenia (załączenia), a rejonami kolejnymi w marszrutach - rejony połączone odłącznikami zamkniętymi, czyli takimi elementami pj[typ,nr,nrz,ez,ea,nrl,nr2], w których ea=zam knięty i typ=odlącznik. W tak przygotowanych marszrutach poszukiwany jest co najmniej jeden rejon zasilany zasilaczem, czyli element r\nr,npos,s,nz,ez,ea,kol,npr,npo], w którym n z*0 i ea=napięciow y. Znalezienie takiego elementu powoduje ustawienie ea= na
pięcio w y, natomiast brak takiego elementu - ea-bezn apięciow y dla kolejnych elementów danej marszruty {r\nr,npos,s,nz,ez,ea,kol,npr,npo\).
Dzięki odpowiednim cechom rm i p„ możliwe jest podanie następujących informacji na ekranie monitora lub w formie wydruku na drukarce: wyników symulacji załączania lub odłą
czania rejonów, wykazów rejonów: pod napięciem, bez napięcia, odłączonych, wykazów odłączników: zamkniętych, otwartych, w stanie niezgodnym z zasadniczym, szczegółowej informacji o wybranym rejonie (skład, stan napięciowy, połączenia, rejony sąsiednie). Na rysunku 5 przedstawiono wybrane algorytmy systemu.
5. PODSUM OW ANIE
Opisana struktura danych umożliwia rozbudowę funkcji systemu przez modyfikację cech elementów rm i p n oraz rozbudowę algorytmów. Aby do systemu mogły być w prosty sposób wprowadzane nowe dane lub modyfikowane dane ju ż istniejące, wykonany został edytor ma
py oraz edytor bazy danych [1],
ALGORYTM: O D Ł Ą C Z A N IE R E JO N Ó W
ALGO RYTM A N A L IZ A E L E K T R Y C Z N A S IE C I
IWYZÉRI»"
WCZYTA! I OZNACZ RŁJONY 1)0 01)1 AC/! M A /
POBIERZ'
>DI AC7.NIKI O REJONU SA
ZBADANE IZNACZONE>
JEST ZASILANY ZASILACZEM T.
PISZ ..ÓDLACZ ZASILACZ"
"CZY REJON JES>
OZNACZONY DO ODŁĄCZENIA ?
flX ODLACZÑh LACZACY TE REJONY JEST -.OTWARTY
PoBTfSŻ KOLEJNY ODŁĄCZNIK DO
BADANIA I POBIERZ K O LEJNY
PISZi „ODŁĄCZNIK NALEŻY ODŁĄCZYĆ’ SĄSIADUJĄCY
! REJONEM W NI
¡PRZEZ ODLĄCZf
/ c z v \ IDLACZNIl PISZ: „ODŁĄCZNIK POZOSTAJE OTWARTY"
-'CZY REJON''.
MA TYLKO I
ODLACZNiKJ, "CZY REJÓN JEST POD NAPIĘCIEM
'"CZY R E JÓ N \ JEST ZASILANY ZASILACZEM 7,
NUMER REJONU | nTAfiĘC t r y
/P jS Z : „REJON POD NAPIĘCIEM1-' / '
SZYSTKIE
• ACZNIKI / C Z Y \
/W SZY STK1E\
ODŁĄCZNIKI BADANEGO REJONU SA .OZNACZONE,
-'CZY ffN MPPSA REJONY / CZY N.
SPRAWDZONO WSZYSTKIE OZNACZONE
\ REJONY 7 /
' ALGORYTM: ANALIZA
| ELEKTRYCZNA SIECI WSZYSTKIE REJONY Z
STKIE REJONY Z SYMBOLEM : APIECIEM
Zasiosowine oznaczenia lo:
M PP macierz zawierająca rejony wyznaczone do odłączenia.
MT-macierz zawierająca rejony do zasilania tymczasowego.
ST-ilołć marszrut do zasilania tymczasowego.
NR-numcr analizowanego rejonu.
S-zmicnna pomocnicza przyjmująca warloici: „lak" lub „nie"
Y SZY ST KIE REJONY )ZNACZ SYMBOLEM
Rys. 5. W ybrane algorytm y systemu Fig. 5. Selected w ork algorithm s o f the system
Rys. 6. Wygląd ekranu monitora komputerowego podczas wyznaczania rejonów do odłączenia Fig. 6. Screen o f the system while loading data o f regions that must be disconnected
N a schemacie blokowym (rys. 4) zaznaczono możliwość rozbudowy systemu o urządzenia telemechaniki i telemetrii. Brak takich urządzeń powoduje, Ze praca systemu sprowadza się do symulacji załączania i odłączania rejonów, ponieważ nie istnieje możliwość przesyłania sy
gnałów sterujących i sygnałów kontroli stanu elektrycznego odłączników. Wiele dyspozytur nie jest jednak wyposażonych w te urządzenia i dla nich właśnie może być przydatny opisany system.
LITERATURA
1. Karoń G.: Informatyczny system wspomagania pracy dyspozytora. Praca dyplomowa, Wy
dział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu Politechniki Śląskiej, Katowice 1995 2. Łuczywek Z., Słaby L.: Elektromonter podstacji trakcyjnej. WKŁ, Warszawa 1972 3. Podoski J.,Kacprzyk J., Mysłek J.: Zasady trakcji elektrycznej. WKŁ, Warszawa 1980 4. Robin J. Wilson : Wprowadzenie do teorii grafów. PWN, Warszawa 1985
5. Świderek S.: Poradnik elektromontera sieci trakcyjnej PKP, WKŁ, W arszawa 1993
Recenzent: Doc. dr inż. Zbigniew Ginalski
Wpłynęło do Redakcji 04.02.1997
Abstract
The computer system which supports the work o f contact line dispatcher has been presen
ted in this paper. The principle o f sytem operation is based on the graph theory. This system analyses electrical state o f contact line and determines an optimum conditions o f connections or disconnections for regions o f contact line. These conditions are shown on computer screen as colour connection diagram o f contact line. The colors and symbols o f this connection dia
gram correspond to electrical state o f all regions o f contact line, which makes the electrical analysis easier for the dispatcher. The possibilities o f programming the system for all regions o f contact line have also been taken into consideration. It makes the system universal in case o f any changes in connection diagram o f contact line. It is designed for small railway stations, which do not have remote control o f contact line yet.
